26871137_高分三号卫星在地表形变提取中的应用研究

ywo
imagef
i
l
t
e
r
i
ng
随着 国 家 高 分 辨 率 卫 星 对 地 观 测 计 划 实 施 完
成,高分三号(
GF
Ｇ
３)作为“高 分”家 族 中 唯 一 的 合 成
孔径雷达(
SAR)卫 星,具 有 高 分 辨 率、大 成 像 幅 宽、
多成像模式等特 点,与 欧 洲 哨 兵Ｇ
１(
Sen
偏移量追踪技术,提取了贡嘎冰川表面的运动情况,
文 献[
６]对 GF
Ｇ
３ 卫 星 干 涉 测 量 进 行 研 究 ,提 出 基
于航天飞机 雷 达 地 形 任 务(
SRTM)数 字 高 程 模 型
致 较 大 的 轨 道 误 差,进 而 导 致 基 线 参 数 信 息 不 够 精
续性,也限制 着 合 成 孔 径 雷 达 干 涉 测 量 I
oensu
r
et
hesuc
c
e
s
so
fpha
s
eunwr
app
i
ng．
F
i
Ｇ
na
l
l
hec
ohe
r
enc
ema
skt
hr
e
sho
l
do
f０
３andpha
s
eunwi
nd
i
ngt
hr
e
sho
l
do
f０
１０~０
１５a
r
Hale Waihona Puke eset,y,t
收稿日期:
２０２２
Ｇ
０３
Ｇ
０８;修回日期:
２０２２
Ｇ
０３
Ｇ
１７
基金项目:国家自然科学基金面上项目(
对 测 量 精 度 的 影 响 ,没 有 考 虑 I
nSAR 处 理 过 程 中
的图像配准和图像滤波过程对干涉测 量 精 度 的 影
响 . 文 献[
７]中 仅 从 时 序 I
nSAR 处 理 全 过 程 上 完
成 形 变 提 取 ,没 有 考 虑 形 变 图 像 配 准 精 度 和 滤 波
方 法 对 形 变 相 位 保 持 能 力 的 问 题 . 另 外 ,领 域 内
航 天 器 工 程
第 ３１ 卷 第 ２ 期
Vo
l．
３１ No．
２
１４６
SPACECRAFT ENGINEERING
２０２２ 年 ４ 月
高分三号卫星在地表形变提取中的应用研究
王洪明１,２ 李如仁１ 陈振炜３ 张过３
(
１ 沈阳建筑大学 交通工程学院,沈阳 １１０１６８)(
DＧ
I
nSAR)技 术 已 广 泛
应用于测绘地表变形,如火山学、城市和基础设施变
义
[
２]
像 ,基 于 雷 达 差 分 干 涉 测 量 技 术 提 取 了 研 究 区 域
地 表 形 变 ,结 合 外 部 数 据 对 比 分 析 ,评 估 地 表 形 变
提 取 的 精 度 ,提 高 了 GF
Ｇ
３卫星在地表形变监测应
服务.
关键词 高分三号卫星;地表形变;差分干涉测量;图像配准;图像滤波
中图分类号:
P２３７ 文献标志码:
A DOI:
１０
３９６９/
i
s
s
n
１６７３
Ｇ
８７４８
２０２２
０２
０２０
j
App
l
i
c
a
t
i
onS
t
udyo
fGF
Ｇ
３Sa
t
e
l
l
i
t
eDa
t
ai
nSu
r
f
a
c
e
De
f
o
rma
１
σ),精
[
]
密轨道精 度 优 于 ２０cm(
１
σ)８ .轨道的不精确性导
的地表变形.
确.因此,轨道误差的处理和消除尤为重要.此外对
目前,利 用 GF
Ｇ
３ 卫 星 进 行 的 测 量 研 究 如 下.
文献[
１]利用 GF
Ｇ
３ 卫星 影 像,基 于 雷 达 影 像 强 度 的
于平地相位测量,地形相位的误差和地形相位的不连
５１７７４２０４)
作者简介:王洪明,男,硕士,从事合成孔径雷达干涉测量研究工作.Ema
i
l:
hongmi
ngwang_edu＠１６３．
c
om.
通讯作者:李如仁,男,博士,教授,从事微波雷达遥感研究工作.Ema
i
l:
r
u
r
en
l
i＠１６３．
c
om.
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
educ
epha
s
ej
ump．Ther
e
su
l
t
sshowt
ha
tde
f
o
rma
t
i
ono
furbansu
r
f
a
c
e
i
nt
hes
t
udya
r
e
ai
sr
e
l
a
t
i
ve
l
i
f
o
rm,andt
hede
f
o
rma
t
i
onf
unne
li
nt
hesu
r
r
ound
i
ng moun
t
a
i
n
Ｇ
yun
ousa
r
e
ai
sr
“mu
l
t
i
Ｇ
s
c
a
l
epha
s
ef
i
l
t
e
r
i
ng me
t
hod”．
F
i
r
s
t
l
heimagei
sc
a
l
i
b
r
a
t
edf
r
omr
oughl
eve
lt
of
i
nel
ev
Ｇ
y,t
e
l,andt
her
eg
i
s
t
r
a
t
i
ona
c
cu
r
a
cyi
supt
o０
１p
i
xe
li
na
z
imu
t
handd
i
s
t
anc
ed
nSAR 形 变
提取.经过影像筛选,本文研究数据为 ２ 景 GF
Ｇ
３卫
辅助I
nSAR 处 理 的 数 据 为 ３０m 空 间 分 辨 率 的
(
DEM)上 控 制 点 信 息 消 除 轨 道 误 差 的 方 法 ,提 高
了 形 变 提 取 精 度 . 文 献[
７]首 次 利 用 GF
Ｇ
３卫星数
Ve
r
s
e
l
a
t
edt
ot
hemi
n
i
ngi
nt
hea
r
e
a．Theaboveana
l
i
sshowst
ha
tt
hep
r
opo
s
edme
t
hod
ys
c
animpr
ovet
hesu
r
f
a
c
ede
f
o
rma
t
i
onmon
i
t
o
r
i
ngab
i
l
i
t
fGF
Ｇ
３s
a
t
e
l
l
i
t
eandpr
ov
i
deda
t
asuppo
r
第 ２ 期 王洪明 等:高分三号卫星在地表形变提取中的应用研究
１４７
andt
he pha
s
e unwi
nd
i
ng me
t
hod o
f mi
n
imum co
s
tf
l
ow i
s adop
t
ed t
o ensu
r
et
he pha
s
e
unwr
app
i
nga
c
cu
r
a
cyandr
i
ngand
yo
,
,
,
)
Remo
t
eSens
i
ng WuhanUn
i
ve
r
s
i
t
i
na
y Wuhan４３００７９ Ch
Ab
s
t
r
a
c
t:I
nv
i
ewo
ft
hewe
aki
n
t
e
r
f
e
r
enc
ede
f
o
rma
t
i
onex
t
r
a
c
t
i
onba
s
edonGF
Ｇ
３s
a
t
e
l
l
i
t
eimage
s,
asu
r
f
a
c
１０~０
１５
的相位解缠阈值,采用最小费用流相位解缠方法,在保证相位解缠精度的同时减少相位跳变.结果
表明:研究区域城区地表形变较为均匀,周边山区出现形变漏斗与其所在区域矿区开采有关.文章
提出的方法能提高 GF
Ｇ
３ 卫星的地表 形 变 监 测 能 力,可 为 国 家 防 灾 减 灾 领 域 提 供 数 据 支 撑 和 信 息
且成像区高度重叠.在 ２ 次不同的回波信号中记录
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
航 天 器 工 程 ３１ 卷
１４８
着条纹在距离向 SAR 天线和地面点的变化轨迹,除
去地形信息,可得到差分干涉相位值,这个值记录着
i
on
s４SRTM DEM 数 据 ,用 其 进 行 地 形 相 位
去除.
降量 提 取 . 其 中 :文 献[
６]中 仅 考 虑 消 除 轨 道 误 差
Tab
l
e１ Ima
epa
r
ame
t
e
r
so
fGF
Ｇ
３s
a
t
e
l
l
i
t
e
g
据 ,基 于 时 序 I
nSAR 技 术 完 成 了 对 北 京 地 表 的 沉
t
i
ne
l
Ｇ
１)卫 星
等的免费数据相比 具 有 高 分 辨 率 的 优 势,与 陆 地 合
成孔径雷达(
Te
r
r
aSAR)等 卫 星 数 据 相 比 具 有 更 高
[
１]
的性价比 .因 此,分 析 GF
Ｇ
３卫星在地表形变监
测与 地 质 灾 害 防 治 领 域 的 应 用 能 力 具 有 深 远 意
.SAR 差 分 干 涉 测 量 (
Ｇ
３卫
星影像进行了地表形变提取.首先,将影像从像元级粗配准提高到精配准,使影像在方位向和距离
向上配准精度达到 ０
１ 像素;然后,为消除由时空基线引起 相 位 噪 声,利 用 多 尺 度 相 位 滤 波 对 差 分
干涉图进行滤波处理,保证后续相位解缠的成功;最后,设置 ０
３ 的相干性掩膜阈值与 ０
形变的信息.差分干涉测量技术以雷达干涉测量为
理论基础,相位可用式(
１)表示.
(
１)
φint ＝φfla ＋φter ＋φdef
式中:φint 为干涉 相 位;
φfla 为 平 地 相 位;
φter 为 地 形
i
r
e
c
t
i
on．Then,
i
no
r
Ｇ
de
rt
oe
l
imi
na
t
et
hespe
ck
l
eno
i
s
ec
aus
edbyt
hespa
t
i
o
Ｇ
t
empo
r
a
lba
s
e
l
i
ne,a mu
l
t
i
Ｇ
s
c
a
l
epha
s
e
f
i
l
t
e
ri
sus
edt
of
i
l
t
e
rt
hed
i
f
f
e
r
en
t
i
a
li
n
t
e
r
f
e
r
og
r
amt
t
yo
andi
n
f
o
rma
t
i
ons
e
r
v
i
c
e
sf
o
rna
t
i
ona
ld
i
s
a
s
t
e
rp
r
even
t
i
onandmi
t
i
t
i
on．
ga
:
;
;
Ke
r
d
s GF
Ｇ
３s
a
t
e
l
l
i
t
e su
r
f
a
c
ede
f
o
rma
t
i
on d
i
f
f
e
r
en
t
i
a
li
n
t
e
r
f
e
r
ome
t
r
eg
i
s
t
r
a
t
i
on;
y;imager
于 影 像 几 何 与 内 容 特 征 的 配 准”和 “多 尺 度 相 位 滤
影像在相同的地理 坐 标 系 下 具 备 相 同 的 入 射 角,并
文 在 GF
Ｇ
３ 卫 星 DＧ
I
nSAR 的 处 理 过 程 中 ,提 出 “基
波 法”
２ 种 方 法 ,利 用 ２ 景 GF
Ｇ
３卫星单视复数影
影像进行处 理. 差 分 干 涉 测 量 方 法 要 求 ２ 景 SAR